深水遷移水道沉積特征及形成機制

劉楠，田勁，馬康

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深水遷移水道沉積特征及形成機制

劉楠，田勁，馬康

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100）

深水沉積環(huán)境中發(fā)育一種遷移水道，目前關(guān)于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、遷移類型、沉積體系等的研究，成為國內(nèi)外沉積學(xué)界研究熱點之一。深水遷移水道的研究，既能豐富深水水道研究內(nèi)容，也可推進深水沉積研究理論的進一步提高。根據(jù)水道的彎曲程度，可將深水遷移水道劃分為直遷移水道和彎曲遷移水道兩種類型。本文依據(jù)各地水道發(fā)育情況以及相關(guān)的文獻資料，在前人的研究基礎(chǔ)上，綜合介紹這兩種類型水道的沉積特征及形成機制。

深水遷移水道；重力流；等深流；形成機制

深水遷移水道作為重力流運移通道，是深海環(huán)境中重要的地貌要素，其可將沉積物從大陸坡運移到深海盆地中去。沉積學(xué)家對深水遷移水道做了大量的研究，包括其內(nèi)部構(gòu)造、遷移類型、沉積模式等[1-4]，成為國內(nèi)外沉積學(xué)界研究熱點之一。據(jù)報道，在西非尼日爾三角洲盆地、下剛果盆地、加蓬盆地、墨西哥灣及南海等地均發(fā)育深水遷移水道[1-4]。根據(jù)水道的彎曲程度，可將深水遷移水道劃分為直遷移水道和彎曲遷移水道兩種類型。然而對于這兩種深水遷移水道的形成機理研究相對較少，還存在沉積特征不明確，形成過程不清楚，主控因素不明了等問題。本文基于西非、南海、尼日利亞等世界各地主要遷移水道的研究，對兩種類型的深水遷移水道沉積特征及形成機制進行探討與總結(jié)。

1 沉積特征

1.1 彎曲遷移水道特征

彎曲遷移水道橫切地震剖面具有U形、V形或者雜亂充填，主要取決于垂直侵蝕的力度。水道的彎曲程度可用彎曲度來表示，即水道河床總長度與水道起始點直線距離的比值。彎曲度越大代表水道彎曲水平越高。典型的順直水道彎曲度接近于1。彎曲遷移水道主要發(fā)育六種沉積微相類型，分別為底部滯留、滑塌充填、加積水道、侵蝕水道、廢棄水道和天然堤（見表）[5]。水道內(nèi)部主要是深海泥質(zhì)披覆沉積，底部包含的粗粒滯留沉積呈強振幅反射，而內(nèi)部包含的細粒充填沉積呈弱振幅特征[6]。深水遷移水道根據(jù)彎曲度、重力流及等深流特征及類型可分為上部低彎度侵蝕水道、中部高彎度建設(shè)性水道以及下部低彎度建設(shè)性水道[7]。上陸坡水道重力流供給充足，以侵蝕作用為主，加積不明顯，水道橫剖面多呈V形，具有一側(cè)較緩而另一側(cè)較陡的特征，彎曲度相對較小，側(cè)積體不太發(fā)育，水道寬深比值較大，沉積物粒度比較粗，多為礫巖、塊狀砂巖。當陸坡坡度逐漸減小至陸坡中部，水道彎曲程度逐漸增大，以加積作用為主，巖性為厚層至塊狀砂巖，局部也可見粒度較大的礫巖、泥礫，沉積序列一般多為正粒序。水道內(nèi)可見濁流、碎屑流沉積，也可發(fā)育滑塌沉積[8]。下部低彎度建設(shè)水道，由于作用于該種水道的重力流、等深流規(guī)模變小，水道彎曲程度變小，并且其堤岸和水道規(guī)模也變小。沉積物主要為細粒沉積物，砂泥比變小[9]。內(nèi)彎帶一側(cè)由于水道側(cè)向遷移可形成大量側(cè)積體。水道彎曲帶的地震剖面上具有典型的側(cè)向遷移特征。彎曲水道的內(nèi)彎帶見滑塌槽，一般近似平行于水道[6]。

1.2 直遷移水道特征

直遷移水道主要以重力流沉積體垂向加積為主，側(cè)向遷移不太明顯。粗粒重力流沉積主要富集在水道軸部，沿陸坡向下，順直水道底部一般傾角逐漸減小，而寬度增大、深度減小、寬深比增大[10]。中新世直水道多發(fā)育為孤立水道，由于大規(guī)模的濁積事件，形成大量加積式水道，內(nèi)部充填特征為平行較連續(xù)反射，堤岸沉積以細粒沉積為主，天然堤大多呈強振幅特征，呈現(xiàn)海鷗型。上陸坡重力流作用能力強，直遷移水道一般起源于上陸坡，在中下陸坡由于重力流供給不足導(dǎo)致水道逐漸消亡。沿陸坡向下，其流速減小，規(guī)模減小，垂向侵蝕能力減弱以及地形變緩，往往被后期泥質(zhì)沉積充填，所以直遷移水道一般延伸較短，主要分布在陸坡區(qū)。

水道單體沉積微相特征表[5]

微相類型巖性沉積構(gòu)造厚度測井特征地震反射特征 底部滯留粉砂質(zhì)泥巖或砂巖基質(zhì)下混雜的粗砂、歷史、泥礫混雜的塊狀，層理不明顯<5m低幅度齒狀箱型不連續(xù)弱振幅 滑塌充填泥質(zhì)粉砂巖，泥巖為主，局部含粗碎屑或泥礫變形相關(guān)構(gòu)造層理，局部見砂巖侵入<10m低幅度齒狀不連續(xù)弱振幅 侵蝕—充填水道塊狀細砂至粗砂，砂礫巖為主；含礫級外源碎屑顆粒正粒序遞變層理、斜層理、平行層理、粗顆粒定向排列10cm至10m高幅度箱型或齒化箱型不連續(xù)的中、強振幅 加積水道泥質(zhì)粉砂巖夾薄層砂巖，局部含礫級外源碎屑顆粒變形相關(guān)構(gòu)造層理，可見砂巖侵入幾十m中高幅指狀或齒狀箱型不連續(xù)的強振幅 廢棄水道泥質(zhì)粉砂巖夾薄層砂巖正粒序?qū)有驅(qū)永?、平行層理、泄水?gòu)造幾十m低幅度齒狀曲線中連續(xù)的中、強振幅 天然堤泥質(zhì)粉砂巖中夾分米級別細砂巖、粉砂巖薄層波狀層理、平行層理、正粒序遞變層理、砂質(zhì)包卷層理 中幅度指狀或齒狀曲線現(xiàn)需型號的中、強振幅，平行、亞平行發(fā)射

2 形成過程

2.1 彎曲遷移水道形成過程

目前，對于遷移水道的形成較有根據(jù)的觀點是由重力流和等深流共同作用形成[11-12]。陸坡位置影響重力流與等深流的相對大小。在上陸坡地區(qū)，重力流能量遠大于等深流，以侵蝕作用為主，堤岸及側(cè)積體不發(fā)育，以垂向加積為主，水道基本不發(fā)生明顯遷移，可發(fā)育單一的深切供應(yīng)水道（圖1a）[13]。而在中下陸坡，由于遠離物源，物源供給不足，重力流影響逐漸減小，而等深流的能量與規(guī)模增大，以側(cè)向沉積為主，開始發(fā)育堤岸與側(cè)積體[14]。由于滑塌作用，水道的內(nèi)彎帶側(cè)積體可形成階梯狀地貌。另外水道兩側(cè)堤岸發(fā)育規(guī)模取決于等深流作用程度強弱，等深流搬運、侵蝕改造等作用力主要作用在迎等深流一側(cè)沉積物上，從而導(dǎo)致迎流一側(cè)堤岸不如順流一側(cè)發(fā)育。早期形成的原始水道為沉積物提供了一個相對封閉的限制性環(huán)境，形成多個較寬淺的水道垂向疊加（圖1b）;下陸坡到深海盆地，重力流能量極其微弱，等深流能量也有所減弱，但與重力流相比等深流成為主導(dǎo)作用[9]，側(cè)積體同樣大量發(fā)育，水道逐漸遷移，剖面上可顯示多個水道側(cè)向疊加，寬厚比增高（圖1c）。

圖1 白云深水區(qū)淺層深水水道隨地形坡度變化特征剖面及水道充填疊加樣式線描[13]

水道在遷移、演化過程中，主要經(jīng)歷垂向加積、側(cè)向侵蝕即遷移、廢棄三個過程[15]。深水彎曲水道一般由順直水道帶和彎曲水道帶組成[6]。順直水道帶，粗粒沉積以垂向加積為特征，沉積物主要集中在水道軸部。彎曲水道帶，粗粒沉積以側(cè)向遷移加積為特征，而粗粒重力流沉積主要富集在水道的內(nèi)彎側(cè)，即發(fā)育為側(cè)積體，水道向外彎側(cè)遷移，在水道橫剖面圖上可見內(nèi)彎一側(cè)較緩，受侵蝕作用的外彎一側(cè)比較陡。在高彎曲水道帶，由于重力流的截彎取直作用，可形成廢棄水道。

圖2 復(fù)合水道中水道疊置形式[17]

Clark 等（1992）在研究深水水道彎曲度中發(fā)現(xiàn)，坡度是其影響因素之一[16]，水道彎曲度的變化趨勢隨著坡度的增大總體是從小逐漸增大再逐漸變小。因此，彎曲遷移水道一般出現(xiàn)在坡度較緩的地區(qū)，隨著坡度不同，彎曲程度發(fā)生變化。另外粒度細的低能量充填水道的彎曲度會高于粒度粗的高能量充填水道[6]。由于重力流的截彎取直作用，早期高彎曲水道帶還可形成廢棄水道。

2.2 直遷移水道形成過程

彎曲度接近1，水道軸部位置不斷遷移且整體形態(tài)基本不改變代表典型的直遷移水道。直遷移水道一般分為兩種類型。一是單一型直遷移水道。該型水道只由一條順直水道構(gòu)成，整體受重力流與等深流的作用程度基本相同，水道整體不斷侵蝕、堆積，遷移方向與等深流流動方向相同。由于地形坡度等因素影響等深流與重力流的相對大小，所以該型水道較短，范圍較小，一般為彎曲型水道早期；另一種是復(fù)合型直遷移水道。該型水道由多期次級水道疊置而成。疊置樣式有垂向疊置、復(fù)合疊置、側(cè)向疊置（如圖2）[17]。復(fù)合體平面形態(tài)可呈順直型，而橫剖面上可見多期重復(fù)疊加，這是由于在較高的坡度時，水道內(nèi)重力流的能量增強，所以重力流所攜帶的礫碎屑等沉積物具有很強侵蝕能力，可侵蝕早期形成的含砂量較高的水道軸部，由于等深流的作用侵蝕部位不斷偏移，該過程后期可多次重復(fù)，形成多期水道疊置樣式[18]。

3 結(jié)論

根據(jù)水道的彎曲程度，可將深水遷移水道劃分為直遷移水道和彎曲遷移水道兩種類型。彎曲遷移水道主要發(fā)育底部滯留滑塌充填、侵蝕水道、加積水道、廢棄水道和天然堤。水道彎曲帶的地震剖面上具有典型的側(cè)向遷移特征，一般出現(xiàn)在坡度較緩的地區(qū)。直遷移水道粗粒沉積以垂向加積為特征，分為單一型直遷移水道和復(fù)合型直遷移水道兩種類型。深水遷移水道特征及形成機制的研究，豐富深水沉積研究內(nèi)容，也可推進深水沉積研究理論的進一步提高。

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Sedimentary Characteristics and Formation Mechanism of Deep Water Migration Channel

LIU Nan TIAN Jin MA Kang

(College of Earth Science, Yangtze University, Wuhan 430100)

A migration channel is developed in deep water environment. Research for its internal structure, migration type and deposition system, has become a hotspot at home and abroad. Research into the deepwater migration waterway is of importance to the theory of deepwater sedimentation. According to the degree of curvature of the watercourse, the deepwater migration channel can be divided into two types such as direct migration channel and curved migration channel. This paper has a discussion on the sedimentary characteristics and genetic mechanism of these two types of waterways.

deepwater migration waterway; gravity flow; contoured flow; genetic mechanism

2017-03-25

劉楠（1996-），女，河南洛陽人，本科在讀，資源勘查工程專業(yè)

P539.2

A

1006-0995（2017）04-0548-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.004